Dibutuhkan tenaga ekstra untuk menaikan berat badan

Berapa berat artinya saat naik ke atas bukit?

Katakanlah saya naik gunung dengan ketinggian 1000 m dan cukup curam: 10%. Katakanlah saya bisa mempertahankan 250 watt. Jika saya menambah 1 kg berat untuk sepeda, dapatkah saya menentukan berapa lebih lambat (dalam waktu) saya? Berapa detik saya akan kehilangan?

Tolong tunjukkan saya rumus dan perhitungan ini, dan jangan ragu untuk menguraikan seluruh subjek.

Mengira Anda sedang melakukan start berdiri dan berhenti total di puncak bukit. Persyaratan sederhana adalah Anda perlu energi untuk memindahkan Anda dari bawah ke atas. Sebagian besar energi yang dibutuhkan adalah untuk meningkatkan energi potensial dari muatan (Anda dan sepeda motor). Pada dasarnya Anda akan menciptakan energi kinetik (menggerakkan sepeda) dengan mengubah energi kimia di dalam tubuh Anda. Akan ada kerugian karena panas, gesekan dengan permukaan jalan dan hambatan udara.

Mengabaikan mereka untuk saat ini (mereka tidak diabaikan, tetapi mempersulit perhitungan).

Energi Potensial (PE) = m * g * h

Dimana:

m = massa

g = percepatan gravitasi

h = tinggi

PE sebanding dengan m, jadi peningkatan 10% dalam massa akan meningkatkan PE sebesar 10%. Berarti Anda akan membutuhkan energi kinetik 10% lebih banyak untuk sampai ke puncak bukit yang sama.

Kekuasaan adalah pekerjaan yang dilakukan (energi) dibagi dengan waktu:

P = W / t

Dimana:

P = Daya dalam watt

W = pekerjaan yang dilakukan atau energi dalam Joule

t = waktu untuk melakukan pekerjaan.

Jika kekuatan Anda konstan, kami dapat mengatur ulang persamaan untuk mendapatkan

P = (m * g * h) / t

menjadi:

t = (m * g * h) / P

jadi dengan kekuatan konstan, gravitasi dan tinggi bukit waktu Anda akan meningkat sebanding dengan peningkatan massa, yang diberikan oleh persamaan di atas.

Jika tidak ada hambatan angin angin akan menjadi kurang relevan semakin lambat Anda pergi. Gesekan akan bertambah karena bertambahnya berat badan. Kecuraman bukit secara teori tidak relevan dalam perhitungan ini. Anda mendapatkan jumlah energi Potensi Gravitasi yang sama ketika Anda memiliki massa yang sama dengan ketinggian yang sama. Jadi tidak masalah secara teori apakah bukit itu 10% atau dua kali panjang dan 5%.

Namun, saat Anda menghasilkan energi, Anda perlu membuatnya dari energi kimia, dan hanya ada begitu banyak yang dapat Anda hasilkan pada satu waktu. Otot-otot Anda akan menjadi tidak efisien dan karenanya pada bukit-bukit yang lebih curam Anda mungkin memerlukan lebih banyak energi daripada yang kurang curam. Jadi pada bukit yang curam hambatan angin mungkin menjadi kurang relevan tetapi daya (berapa banyak energi yang dapat Anda keluarkan dari waktu ke waktu) untuk rasio berat akan menjadi faktor yang paling relevan.

Apa yang saya coba tunjukkan dalam paragraf terakhir adalah bahwa energi yang Anda butuhkan untuk dimasukkan ke dalam tubuh Anda dan bagi tubuh Anda untuk dikonversi menjadi gerak maju tidak sama dengan energi kinetik sederhana yang diperlukan untuk membawa Anda ke puncak bukit. . Namun semua hal sama dengan perubahan massa akan memiliki pengaruh yang sama pada waktu seperti yang saya nyatakan dalam persamaan.

Jika saya dalam satu perjalanan menambah 1 kg berat untuk sepeda, berapa banyak lebih lambat (dalam waktu) saya akan?

Dengan asumsi bahwa Anda dan massa sepeda Anda 100kg (dalam angka bulat), tambahan 1kg menyebabkan peningkatan 1% berat, yaitu peningkatan 1% pada energi potensial yang terkait dengan mendaki bukit.

Jika output daya Anda konstan, itu berarti peningkatan 1% dalam waktu.

Namun beberapa output daya Anda akan mengatasi hambatan angin dan rolling, bukan energi potensial. Jika hanya setengah dari tenaga Anda yang menuju energi potensial (yang tergantung pada berat), dan setengahnya konstan (tidak tergantung berat), saya pikir itu akan menyiratkan peningkatan waktu 0,5%.

Apakah itu masuk akal, saya tidak berpikir begitu tanpa mengatakan berapa banyak watt yang saya hasilkan, katakanlah saya menghasilkan 250W

Apa yang saya tulis di atas tidak terpengaruh oleh kekuatan total Anda; perubahannya relatif daripada absolut: yaitu 1%, tidak peduli apa itu 1%.

Bagian dari melambaikan tangan dalam pernyataan saya adalah "Jika output daya Anda konstan": yang benar jika Anda memiliki kontrol yang baik atas gigi Anda (sehingga Anda dapat, seperti, Anda tahu, turun 1% untuk menyesuaikan untuk peningkatan 1% dalam berat-dan-karenanya-usaha).

Perubahannya sebenarnya tidak linier: misalnya jika itu adalah peningkatan berat 1000kg, yaitu 1000% bukannya 1%, Anda harus turun sejauh ini sehingga Anda akan berjalan sangat lambat sehingga Anda tidak bisa tetap tinggal tegak di atas sepeda roda dua. Namun, untuk kenaikan berat yang relatif kecil, saya berharap perbedaan dalam upaya (dan karenanya juga, melalui lambaian tangan yang diuraikan di atas, perbedaan durasinya) kira-kira linear.

Joule adalah Newton-meter dan juga Watt-detik. Gravitasi sekitar 9,81 Newton / kilogram.

Meningkatkan 1 pon 1000 kaki akan meningkatkan 0,4536kg 304,8 meter. Jadi itu akan menjadi 9,81 * 0,4536 * 304,8 = 1356 Joule, atau 1356 Watt-detik.

Output energi berkelanjutan puncak Anda mungkin dalam kisaran umum 300 watt (dan "daya jelajah" adalah sekitar setengahnya), jadi Anda harus menggunakan semua energi Anda selama sekitar 4,5 detik untuk menaikkan satu pon 1.000 kaki. (Atau, untuk membuatnya dalam perspektif, sekitar 19 menit untuk menaikkan sepeda 250 pon + pengendara 1000 kaki.)

Untuk asumsi Anda 250 watt, ini akan menjadi 5,4 detik untuk satu pound atau 22,6 menit untuk 250 pound. Ini akan menghasilkan kecepatan, pada jarak 10.000 kaki, sekitar 5 mph. (Perhatikan bahwa turun jauh di bawah sekitar 200 Watt akan menghasilkan kecepatan yang terlalu lambat untuk tetap tegak, terutama mengingat semakin lambat Anda bergerak, semakin banyak energi yang harus Anda keluarkan untuk mencoba tetap tegak.)

Tentu saja, ini mengabaikan angin dan kehilangan resistensi bergulir, dan karenanya waktu yang diperlukan untuk "menutupi jarak" di permukaan tanah. Resistensi rolling akan hampir sama dengan di permukaan tanah, tetapi hambatan angin akan lebih sedikit, karena Anda bergerak lebih lambat, dan hambatan angin umumnya lebih besar dari keduanya. Jadi Anda perlu menambahkan waktu di atas mungkin 1/2 atau 2 / 3rds waktu yang Anda perlukan untuk menempuh jarak yang sama di permukaan tanah. Untuk kelas 10% itu akan menjadi waktu untuk menempuh 10.000 kaki atau sekitar 1,9 mil. Pada 15 mph itu akan sekitar 7,5 menit lagi, jadi tambahkan mungkin setengahnya.

Tikus - Baru menyadari pertanyaannya adalah dalam kg dan meter ...

"Jika saya dalam satu perjalanan (10.000 meter dengan 10%) menambah 1 kg berat untuk sepeda, berapa banyak lebih lambat (dalam waktu) saya akan (dengan asumsi output 250 watt)?":

Itu akan menjadi 9,81 * 1kg * 1000 meter * = 9810 watt-detik. Dengan 250 watt, 38,84 detik waktu tambahan karena menambah 1kg.

Dan terpikir oleh saya ... bahwa seseorang dapat menggunakan perhitungan yang sama mundur untuk secara kasar menghitung output watt, memberikan bobot, kecepatan rata-rata, dan kemiringan rata-rata. Ini kemungkinan akan lebih akurat daripada banyak skema estimasi watt lainnya.

Seperti yang sudah ditunjukkan oleh jawaban lain, satu kilogram tambahan agak dapat diabaikan ketika mengenai murni energi potensial tambahan yang Anda butuhkan. Tetapi ada faktor-faktor lain di mana ia mungkin memiliki efek yang lebih besar atau lebih kecil.

Pertama, tubuh Anda tidak perlu merespons secara linear terhadap beban yang lebih tinggi. Selama Anda berada di daerah di mana Anda dapat melakukan tanjakan tanpa kelelahan yang terlihat, Anda hanya akan sedikit lebih lambat dengan output daya yang sama. Tetapi jika menanjak akan membawa Anda ke batas Anda bahkan tanpa bobot tambahan, setiap gram tambahan akan membawa Anda ke batas Anda sedikit lebih awal dan membuatnya lebih sulit untuk melanjutkan.

Massa juga memainkan peran penting setiap kali Anda harus mempercepatnya dengan cara tertentu. Beberapa hal yang saya pikirkan adalah:

• Kelancaran menanjak: Perkiraan yang hanya menyangkut energi potensial bekerja lebih baik, semakin halus menanjak. Jika Anda naik pada kemiringan yang cenderung konstan dan beraspal di mana Anda dapat mengendarai dengan kecepatan yang hampir konstan, seharusnya tidak ada banyak perbedaan. Namun, jika Anda pergi bersepeda gunung di jalan di mana Anda memiliki banyak "aksi" pada sepeda (naik tangga, cobalah untuk menjaga traksi di tanah yang longgar, beralih antara bagian yang lebih curam dan lebih rata), itu bisa berbeda.

• "Tempat" dari berat tambahan: Ini dapat membuat perbedaan di mana Anda menambahkan berat. Efek terbesar adalah jika Anda memiliki bobot tambahan pada komponen yang berputar (roda, drive train). Tetapi juga sepeda yang lebih berat itu sendiri akan membuatnya merasa kurang responsif yang akan membuat otot-otot Anda cepat lelah jika Anda harus melakukan banyak hal penanganan sepeda selama menanjak (karena itu lagi-lagi terkait dengan kelancaran menanjak). Jika Anda memiliki berat tambahan di ransel Anda, itu akan memiliki efek yang jauh lebih kecil.

Kesimpulan: Hanya dari sudut pandang energi potensial tambahan itu mungkin tidak membuat banyak perbedaan tetapi jika Anda khawatir penanganan sepeda atau kelelahan mendekati batas Anda, itu akan memiliki efek yang lebih besar.